XV EBRAMEM - Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira 09-11/Mai, 2016, Curitiba, PR, Brasil
ESTABILIDADE TÉRMICA DE PAINÉIS AGLOMERADOS PRODUZIDOS COM CASA DE COCO
1Carolina Rezende Pinto Narciso (carolina.narciso@yahoo.com.br) , ¹Camila Laís Farrapo (camilafarrapo@hotmail.com) ¹Lourival Marin Mendes (lourival@dcf.ufla.br) ²Rafael Farinassi
Mendes (rafael.mendes@deg.ufla.br)
1Universidade Federal de Lavras Departamento de Ciências Florestais / Engenharia de Biomateriais - Cx. P. 3037 – Cep: 37200-000 – Lavras – MG – Brasil
2Universidade Federal de Lavras Departamento de Engenharia / Engenharia de Biomateriais - Cx. P. 3037 – Cep: 37200-000 – Lavras – MG – Brasil
RESUMO: o objetivo deste trabalho foi avaliar a estabilidade térmica de painéis aglomerados produzidos com casca de coco e madeira de Pinus. O plano experimental consistiu de cinco tratamentos, sendo avaliadas quatro percentagens de substituição de Pinus oocarpa pela casca de coco (25, 50, 75 e 100%) e um tratamento testemunha apenas com madeira de pinus. Os painéis produzidos foram do tipo MDP, com densidade nominal de 0,70 g/cm³, e com uma distribuição percentual das partículas de 20/60/20 (face/miolo/face). Foi utilizado 11% de adesivo uréiaformaldeído nas faces e 7% de adesivo no miolo. O ciclo de prensagem dos painéis foi de 160°C de temperatura, pressão de 3,94 MPa e tempo de oito minutos. Depois da aclimatação, foram extraídos os corpos-de-prova para o ensaio de densidade e para o teste de combustibilidade, o qual ocorreu com as leituras de massa e temperatura a cada minuto durante a combustão do material. O aumento da porcentagem de casca de coco em substituição a madeira de pinus para produção de painéis MDP resultou em aumento da estabilidade térmica dos painéis aglomerados.
Palavras Chave: particulados, combustão, resíduos agrícolas.
THERMAL STABILITY OF PANELS PRODUCED WITH COCONUT BARK
ABSTRACT: The aim of this study was to evaluate the thermal stability of particleboard produced with coconut bark and pinus wood. The experimental plan consisted of five treatments, as assessed four Pinus oocarpa substitution percentages by coconut bark (25, 50, 75 and 100%) and a control treatment with pine wood. The panels were produced from the MDP type, with nominal density of 0.70 g / cm³, and a percentage distribution of the particles of 20/60/20 (face / core / face). It was used 11% of urea-formaldehyde adhesive in the faces and 7% After acclimatization, they were taken from the samples for the density and the combustibility test, which occurred with the mass and temperature readings every minute during combustion of material. Increasing the percentage of coconut bark as a substitute for pine wood for production of MDP resulted in increased thermal stability of the particleboard.
1. INTRODUÇÃO
A produção de painéis de madeira possui uma tendência crescente devido a fatores como à escassez de madeira de grandes diâmetros e ao acelerado desenvolvimento tecnológico quanto à produção de painéis, além da forte pressão ambiental e a aceitação do mercado quanto à substituição dos produtos advindos de madeira sólida por painéis de madeira (VIEIRA et al., 2012).
Os painéis aglomerados, atualmente denominados de MDP (Medium density particleboard), são produzidos com partículas de madeira, aglutinadas por meio de adesivo sintético, normalmente a uréia-formaldeído, as quais se consolidam pela ação de calor e pressão (MENDES et al., 2009). Na sua atual concepção, é produzido em três camadas, com as partículas maiores dispostas no miolo do painel e as mais finas colocadas nas superfícies externas, dando melhor qualidade de acabamento. É utilizado em uma grande gama de produtos, dentre os quais: portas, prateleiras, divisórias, na fabricação de móveis retilíneos (tampos de mesas, laterais de armários e estantes) e divisórias.
Com o crescimento da produção industrial de painéis de madeira, aumenta também a demanda por matéria-prima, o que se torna necessário não apenas o aumento de áreas de plantios com espécies atualmente utilizadas, mas também a busca de alternativas para a geração de novos produtos (TRIANOSKI, 2010; MENDES et al., 2013; FARRAPO et al., 2014).
Alguns estudos apontam a viabilidade de utilização de outras fontes de fibras na produção de painéis aglomerados, como bagaço de cana-de-açúcar (MENDES et al., 2012), bambu (CALEGARI et al., 2007), palha e casca de arroz (HIZIROGLU et al., 2005; NDAZI et al., 2006; MELO,2009), mamona (FREITAS et al., 2007), fibra de coco verde (FERRAZ, 2011; COLLI, 2007), entre outros.
O coqueiro (Cocos nucifera L) é uma das frutíferas mais difundidas naturalmente no globo terrestre, ocorrendo em praticamente todos os continentes. Em virtude desta dispersão e adaptabilidade, seu cultivo e sua utilização se dão de forma expressiva em todo o mundo, com os mais variados produtos, tanto de forma in natura quanto industrializada (MARTINS, 2011). A casca de coco verde, subproduto do uso e da industrialização da água de coco, é depositada em lixões e às margens de estradas. É um material de difícil decomposição levando mais de 8 anos para se decompor.
Portanto, a utilização da casca do coco verde processada, além da importância econômica e social, é também importante do ponto de vista ambiental. Segundo Rosa et al. (2001), 80 a 85% do peso bruto do coco verde é considerado lixo. A facilidade de produção, baixo custo e alta disponibilidade são outras vantagens adicionais apresentadas por este tipo de matéria-prima. Para a produção da fibra, a casca de coco verde é picada, desfibrada, triturada, lavada e secada (CARRIJO et al., 2002).
Uma das alternativas seria utilizar a casca de coco, em associação com a madeira pinus ou eucalipto, para produção de painéis aglomerados. Permitindo além de uma destinação adequada ao resíduo, uma agregação de valor ao mesmo e dando mais opções de matéria-prima para indústria de painéis, a qual se encontra em franca expansão.
Pode se avaliar o comportamento dos materiais quando submetidos a ensaios de resistência quando expostos a condições de incêndio, a fim de avaliar seu comportamento quanto à estabilidade e isolamento térmico. Os critérios a serem atendidos variam dependendo da natureza do material utilizado. Elevadas quantidades de casca de coco podem afetar a estabilidade térmica desses produtos e a sua resistência a situações de intensa exposição ao calor.
Devido à importância do tema, pesquisas voltadas para o aproveitamento de resíduos agrícolas como fonte alternativa para geração de produtos, que visem a disponibilizá-los de forma econômica e ambientalmente correta, sem comprometer a sua qualidade final, são uma necessidade imediata nessa área. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a estabilidade térmica de painéis aglomerados produzidos com casca de coco e madeira de Pinus spp.
2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 COLETA DO MATERIAL
A madeira de Pinus oocarpa, com 28 anos de idade, foi proveniente de plantios experimentais no campus da Universidade Federal de Lavras (UFLA), na cidade de Lavras- Minas Gerais.
As fibras do mesocarpo da casca de coco foram adquiridas da empresa Amafibra Fibras e Substratos Agrícolas da Amazônia Ltda., com valores de 0,089 g/cm³ para densidade e pH = 5,8 (valores informados na embalagem do produto).
Todo o processo de produção dos painéis, assim como, os ensaios físicomecânicos, foram desenvolvidos na Unidade Experimental de Painéis de Madeira (UEPAM), da Universidade Federal de Lavras.
2.2 DENSIDADE BÁSICA DOS MATERIAIS
Para a determinação da densidade básica da madeira de epinus foi utilizada as diretrizes da norma NBR 11941 (ABNT, 2003). Já no calculo da densidade básica das fibras da casca de coco foi utilizada a norma supracitada com algumas adaptações na aferição do volume (deslocamento da água após adição das fibras de coco já saturadas, com auxilio de uma proveta graduada).
2.3 PRODUÇÃO DE PAINÉIS
Após a derrubada das árvores estas foram divididas em toras. As toras foram desdobradas, rasgadas manualmente e processadas em moinho martelo para geração das partículas do tipo Sliver. As partículas foram peneiradas e levadas à estufa a uma temperatura de 70ºC, até aproximadamente 5% de umidade (base na massa seca das partículas). A partir de então, as partículas foram armazenadas em sacos plásticos e lacradas para que a umidade fosse mantida até o momento de encolamento.
Depois, o material particulado foi peneirado, através de um conjunto com três peneiras sobrepostas, cujas aberturas foram de 0,84 mm (superior) 0,42 mm (intermediaria) e 0,25 mm (inferior), respectivamente, com o objetivo de separar as partículas conforme suas granulometrias. Dessa forma, as partículas retiradas da peneira superior foram novamente trituradas, as partículas da peneira intermediária foram classificadas como grossas, portanto utilizadas no miolo dos painéis. Por fim, as partículas que ficaram retidas na peneira inferior foram destinadas às faces dos painéis.
O plano experimental consistiu de cinco tratamentos, de acordo com a Tabela 1. Sendo avaliadas quatro percentagens de substituição de Pinus oocarpa pela casca de coco (25, 50, 75 e 100%) e um tratamento testemunha apenas com madeira de pinus. Para cada tratamento foram produzidos três painéis com densidade nominal pré- estabelecida de 0,70 g/cm³.
Tabela 1. Porcentagem de aplicação das partículas em cada painel por tratamento Tratamentos Percentagem de Pinus oocarpa Percentagem de casca de coco T1 0% 100% T2 25% 75% T3 50% 50% T4 75% 25% T5 100% 0%
Os painéis produzidos foram do tipo MDP, com densidade nominal de 0,70 g/cm³, e com uma distribuição percentual das partículas de 20/60/20 (face/miolo/face). A aplicação
do adesivo às partículas do miolo e das faces de cada painel foi realizada de forma separada. Sendo utilizados 11% de adesivo nas faces e 7% de adesivo no miolo, ambos os adesivos foram à base de uréia-formaldeído (teor de sólidos 57%, viscosidade de 261,4 cP e pH de 9,5).
Após a determinação da massa das partículas que compuseram cada camada de cada painel, as mesmas foram levadas a uma encoladeira (tipo tambor rotativo) para a aplicação do adesivo por meio do processo de aspersão. A massa de cada camada gerada, após a aplicação do adesivo e determinação em balança, foi levada a uma caixa formadora de colchão, onde foram distribuídas as camadas (face/miolo/face), o qual foi pré-prensado em prensa manual a temperatura ambiente, a uma pressão de 0,4 MPa. Posteriormente a formação do colchão, colocou-se delimitadores de metal com espessura de 15 mm, assim os mesmos foram levados a prensagem a quente, com 160°C de temperatura, pressão de 3,94 MPa, por oito minutos.
Após essa etapa os painéis foram acondicionados em uma câmara climática à temperatura de 20 ± 2ºC e umidade relativa de 65 ± 3%. Em seguida, foram seccionados em corpos-de-prova para serem utilizados na determinação da densidade aparente conforme a norma NBR 14810 (ABNT, 2002) e também os corpos-de-prova para o teste de combustibilidade, cujas dimensões foram de 2,5 x 2,5 x 1,5 cm (Comprimento, largura e espessura, respectivamente).
2.4 TESTE DE COMBUSTIBILIDADE
Para avaliar o comportamento dos painéis durante a combustão foi utilizada a metodologia proposta por Quirino & Brito (1991) e Paula (2011). O teste foi feito em duplicatas, posteriormente foi extraída a curva média para cada repetição de cada tratamento.
Foi utilizado um dispositivo composto por um combustor fabricado em chapa de ferro galvanizada, uma base de alumínio e madeira, um controlador de temperatura, uma balança com precisão de 5 mg e um anteparo de alumínio que envolve o combustor para protege-lo da interferência do ar durante a combustão.
As bases e o combustor foram colocados sobre a balança de precisão. O combustor recebeu os corpos de prova e a ignição ocorreu com a combustão de 10g de álcool que foram depositados em uma placa de Petri sobre a base de alumínio e abaixo da grela. O aparato foi posteriormente colocado, e finalmente, o medidor de temperatura. A cada minuto foram feitas as leituras de massa do painel e da temperatura do sistema. O teste de combustibilidade foi realizado utilizando a curva média para cada tratamento. As curvas médias de variação da temperatura e porcentagem de massa restante no decorrer do tempo de ensaio foram plotadas no software Origin.
Os dados de densidade densidade aparente e razão de compactação dos painéis foram avaliados em um delineamento inteiramente casualizado. Sendo realizada análise de variância e teste de média Scott-Knott, ambos a 5% de significância.
3. RESULTADOS E DICUSSÃO
A densidade básica da madeira de Pinus oocarpa e da casca de coco foram respectivamente de 0,501±0,032 e 0,079±0,014 g.cm-3. Na Tabela 2 estão apresentados os valores médios da densidade aparente e da razão de compactação média dos painéis de cada tratamento avaliado.
Tabela 2. Densidade aparente e razão de compactação dos painéis. % casca de coco Densidade aparente (g/cm³) Razão de compactação
0 0,65 a 1,30 a
25 0,63 a 1,59 b
50 0,63 a 2,17 c
75 0,63 a 3,41 d
100 0,66 a 8,34 e
Médias seguidas da mesma letra, na coluna, não diferem entre si pelo teste Scott-Knott, a 5% de significância
Não foi observada diferença estatística para a propriedade densidade aparente entre os diferentes tratamentos. Os painéis obtiveram densidade aparente variando entre 0,63 à 0,63 g/cm³, assim todos os painéis produzidos neste estudo foram classificados como de média densidade, que se referem aos painéis com densidade aparente entre 0,590 à 0,800 g/cm³, segundo critérios da norma NBR 14810 (ABNT, 2002).
Os valores de razão de compactação para os tratamentos avaliados foram estatisticamente diferentes entre si, sendo observado um aumento dos valores a medida que se aumentou a porcentagem de casca de coco.
Apenas os painéis produzidos com a madeira de Pinus oocarpa apresentaram valores médios de razão de compactação estipulados como ideais por Kelly (1977), Maloney (1993) e Tsoumis (1991), na faixa de 1,3 a 1,6. Tais resultados se devem à baixa densidade do material casca de coco (0,079 g/cm³) em comparação com a madeira de pinus (0,501 g/cm³), e como a razão de compactação é determinada pela rela- ção entre a densidade do painel pela densidade do material lignocelulósico, tal valor aumenta conforme é adicionada maior porcentagem de casca de coco na associação com madeira.
Nas Figuras 1 e 2 estão apresentados os resultados do ensaio de combustão quanto à temperatura e a perda de massa em relação ao tempo de exposição, respectivamente.
Figura 2. Valores médios de temperatura em função do tempo de combustão.
Tabela 3. Picos de temperatura e massa residual dos diferentes tratamentos % casca de coco Pico de temperatura (ºC) Massa final
0 423,5 11,05
25 393,5 24,69
50 422,5 18,06
75 406,0 20,12
100 402,0 18,31
Observa-se que, de forma geral, o aumento da quantidade de casca de coco resultou no aumento da estabilidade térmica dos painéis aglomerados e no aumento do tempo necessário para degradação do material (Figura 1). Fato esse associado a maior porcentagem de lignina da casca de coco, entre 32,5 a 43,9% (CORRADINI et al., 2009), em relação a madeira de Pinus oocarpa utilizada nesse estudo (29,59%).
No entanto, quanto à temperatura, os painéis de pinus foram aqueles que atingiram a maior temperatura máxima (423,5°C). Contudo, não se observa uma variação tão grande de pico de temperatura em relação aos tratamentos avaliados, estando essa na faixa de 393,5 a 423,5°C. Fato que indica a viabilidade do resíduo agrícola em substituição à madeira de Pinus oocarpa, mantendo assim as mesmas, ou até mesmo melhores, propriedades de isolamento térmico. Scatolino et al. (2014) avaliaram o efeito de diferentes regiões radiais da madeira de Eucalyptus grandis e Pinus oocarpa sobre o comportamento dos painéis aglomerados quando submetidos à combustão. Para os painéis feitos com madeira de pinus, os autores concluiram que aqueles oriundos da região intermediária foram mais resistentes à combustão, apresentando uma massa restante de 35% e alcançaram um pico de 350° C de temperatura.
O aumento da porcentagem de casca de coco em substituição a madeira de pinus para produção de painéis MDP resultou em aumento da estabilidade térmica dos painéis aglomerados.
Não houve efeito da adição de casca de coco sobre o pico de temperatura da combustão.
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15316 - Chapas de fibra de média densidade: requisitos. Rio de Janeiro: ABNT, 4p. 2006.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14810 - Chapas de madeira aglomerada. ABNT. Rio de Janeiro, 2002.
CARRIJO, O.A.; LIZ, R.S.; MAKISHIMA,N. Horticultura Brasileira, Brasília, v.20, n.4, p. 533-535, dez., 2012.
COLLI, A. Caracterização da madeira de Paricá (Schyzolobium amazonicum Huber ex.
Ducke) e propriedades de chapas de partículas aglomeradas com diferentes
porporções de fibra de coco (Cocos nucifera L.). Dissertação (Título de Magister Scientiae do Programa de Pós-Graduação em Ciência Florestal) Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2007.
CORRADINI, E. et al. Composição química, propriedades mecânicas e térmicas da fibra de frutos de cultivares de coco verde. Rev. Bras. Frutic., Jaboticabal - SP, v. 31, n. 3, p.837- 846, Setembro 2009
FARRAPO, C. L.; MENDES, R. F.; GUIMARÃES JR., J. B.; MENDES, L. M. Utilização da madeira de Pterocarpus violaceus na produção de painéis aglomerados. Scientia Forestalis, Piracicaba, v. 42, n.103, p. 329-335, set. 2014.
FERRAZ, J.M. Produção e propriedades de painéis de fibra de coco verde (Cocos
nucifera L.) em mistura com cimento Portland, 2011. 78f. Dissertação (Mestrado em
Ciências Florestais)- Universidade de Brasília, Brasília, 2011.
FREITAS, L.; MENDES, L.M.; CASTRO NETO, P.; FRAGA, A., & ARAÚJO, J. (2008). Avaliação de características físicas de painéis aglomerados de uma mistura de Eucalipto (Eucalyptus urophylla) e casca de mamona (Ricinus communis L.). Disponível em Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel.
HIZIROGLU, S. et al. Properties of bamboo-rice straw-eucalyptus composite panels. Forest Products Journal, Madison, v. 55, n. 12, p. 221-225, Dec. 2005.
KELLY, M.W. Critical literature review of relationships between processing parameters and physical properties of particleboard. USDA. Forest Service. FPL General Technical Report, Madison, n.10, p.1- 66, 1977.
MALONEY, T.M. Modern particleboard and dryprocess fiberboard manufacturing. 2.ed. São Francisco: M. Freeman, 1993. 689p.
MELO, R.R. Propriedades físico-mecânicas dd painéis aglomerados produzidos com diferentes proporções de madeira e casca de arroz. Ciência Florestal, Santa Maria, v.19, n.4, p.449-460, out-dez, 2009.
MENDES, R.F.; MENDES, L.M.; GUIMARÃES JUNIOR, J.B.; SANTOS, R.C.; CÉSAR, A.A.S.. Efeito da associação de bagaço de cana, do tipo e do teor de adesivo na produção de painéis aglomerados. Ciência Florestal, Santa Maria, v. 22, n. 1, p. 161-170, jan.-mar., 2012.
MENDES, R.F.; BALEEIRO, N.S.; MENDES, L.M.; SCATOLINO, M.V.; OLIVEIRA, S.L.; PROTÁSIO, T.P. Propriedades físico-mecânicas de painéis aglomerados produzidos com a madeira de Eucalyptus grandis em diferentes posições radiais. Sci. For., Piracicaba, v. 41, n. 99, p. 417-423, set. 2013.
NDAZI, B. et al. Production of rice husks composites with Acacia mimosa tannin-based resin. Journal of Materials Science, Storrs, v. 41, p. 6978-6983, Nov. 2006.
SCATOLINO, M. V. et al. Thermal Stability of Pinus Oocarpa And Maize Cob Particleboards. Ciência e Agrotecnologia, v. 39, n. 4, p. 348-354, 2015.
TRIANOSKI, R. Avaliação do potencial de espécies florestais alternativas, de rápido crescimento, para produção de painéis de madeira aglomerada. 2010. 260 f. Universidade Federal do Paraná. Curitiba.
VIEIRA, M. C., BRITO, E. O., GONÇALVES, F. G. Evolução econômica do painel compensado no Brasil e no mundo. Floresta e Ambiente, Seropédica, RJ, v. 19, n.3, p.277-285, 2012.
TSOUMIS, G. Science and technology of wood: structure, properties, utilization. New York: Chapman & Hall, 1991. 494p.
6. NOTA DE RESPONSABILIDADE
